DE102017112744A1

DE102017112744A1 - Verbinden von thermoplastischen Verbundstoffen durch Ultraschallschweißen

Info

Publication number: DE102017112744A1
Application number: DE102017112744.5A
Authority: DE
Inventors: Pei-Chung Wang; Bradley J. Blaski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2017-12-14
Also published as: CN107498879A; US20200338835A1; US11654636B2; US20170355150A1

Abstract

Es werden Verfahren zum Ultraschallschweißen von thermoplastischen Polymerwerkstücken und Anordnungen, die daraus bestehen, bereitgestellt. Das Verfahren kann umfassen, dass ein erster Bereich eines ersten thermoplastischen Polymerwerkstücks und ein zweiter Bereich eines zweiten thermoplastischen Polymerwerkstücks zwischen einer Ultraschallsonotrode und einem Amboss eines Ultraschallschweißgeräts angeordnet werden. Das erste Werkstück weist eine vorgeformte Verformung auf und das erste und/oder das zweite Werkstück weisen ein darauf aufgebrachtes Klebstoffvorprodukt auf. Die Ultraschallsonotrode oder der Amboss sitzt in der vorgeformten Verformung. Von der Ultraschallsonotrode wird Ultraschallenergie aufgebracht, um eine Schweißlinse zwischen dem ersten und zweiten Werkstück zu erzeugen. Die auf diese Weise ausgebildete Anordnung weist eine grüne Festigkeit auf, die ausreicht, damit sie unmittelbar weiterverarbeitet werden kann. Die Verfahren stellen eine robuste Schweißverbindung mit kontrollierter Dicke der Klebstoffklebelinie bereit.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr. 62/349,845, die am 14. Juni 2016 eingereicht wurde. Der gesamte Offenbarungsgehalt der vorstehenden Anmeldung ist hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft neue Verfahren und Systeme zum verbesserten Verbinden von thermoplastischen polymeren Materialien durch Ultraschallschweißen.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, die nicht unbedingt Stand der Technik sind.
In einem Vibrationsschweißprozess, etwa beim Ultraschallschweißen, werden benachbarte Oberflächen eines Werkstücks oder von mehreren Werkstücken durch Aufbringen von Vibrationsenergie zusammengefügt. Zum Beispiel können zwei oder mehr Werkstücke miteinander zusammengefügt werden, indem kalibrierte Vibrationsenergie von einem Ultraschallschweißgerät durch mindestens eines der Werkstücke hindurch übertragen wird. Die Vibration erzeugt Oberflächenreibung entlang aneinander angrenzender Oberflächen und interne Reibung der Werkstücke. Dort wo die Werkstücke aus einem polymeren oder einem Kunststoffmaterial ausgebildet sind, erweicht die resultierende Wärme die aneinander angrenzenden Oberflächen und verschmelzt oder verbindet dadurch die Werkstücke, indem eine Schweißlinse zwischen den Werkstücken ausgebildet wird.
Bei aktuellen Ultraschallschweißtechniken für polymere Materialien wird ein Klebstoff zwischen den Werkstücken aufgebracht, der nach dem Aufbauen von Ultraschallenergie ein Aushärten oder Vernetzen erfordert. Druck wird während des Ultraschallschweißprozesses (zwischen der Ultraschallsonotrode und dem Amboss) aufgebracht, der den Klebstoff dazu zwingt, aus der Schweißregion, an der die Schweißlinse ausgebildet wird, heraus zu migrieren. Der Prozess des Ausbildens der Schweißlinse über Ultraschallschweißen bewirkt daher ungewünschte Schwankungen bei Dicken der Klebelinie und bei Festigkeiten von Fügestellen. Außerdem muss das Aushärten nach dem Schweißen durchgeführt werden, um eine ausreichende Festigkeit zwischen den Werkstücken bereitzustellen, bevor eine weitere Verarbeitung der Werkstücke in einer Montagelinie fortgesetzt werden kann, zum Beispiel ein Erwärmen der Werkstücke für mindestens 10 Minuten (z. B. auf 100°C) oder länger. Dieses Aushärten wird typischerweise in einem Ofen oder durch andere Techniken durchgeführt, die Wärme auf die polymeren Werkstücke aufbringen. Folglich beansprucht der Aushärteprozess nach dem Schweißen nicht nur eine beträchtliche Zykluszeit, der Erwärmungsprozess kann außerdem letztendlich die Werkstücke schwächen. Es wäre wünschenswert, über ein neues Verfahren zum Ultraschallschweißen von polymeren Materialien zu verfügen, das die Zykluszeit bei der Montage minimiert, aber außerdem die Kontrolle über eine Klebelinie verbessert, die zwischen Werkstücken ausgebildet wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit und ist keine vollständige Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Ultraschallschweißen von polymeren Werkstücken bereit. Bei einem Aspekt kann das Verfahren umfassen, dass ein erster Bereich eines ersten thermoplastischen Polymerwerkstücks und ein zweiter Bereich eines zweiten thermoplastischen Polymerwerkstücks zwischen eine Ultraschallsonotrode und einen Amboss eines Ultraschallschweißgeräts angeordnet werden. Das erste thermoplastische Polymerwerkstück weist in dem ersten Bereich eine vorgeformte Verformung auf. Ferner weisen das erste thermoplastische Polymerwerkstück und/oder das zweite thermoplastische Polymerwerkstück ein darauf aufgebrachtes Vorprodukt des Klebstoffs auf. Die Ultraschallsonotrode und/oder der Amboss sitzt/sitzen innerhalb der vorgeformten Verformung, um eine vorbestimmte Klebelinie zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück bereitzustellen. Das Verfahren umfasst ferner, dass Ultraschallenergie von der Ultraschallsonotrode aufgebracht wird, um eine Schweißlinse zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück zu erzeugen. Folglich wird eine Anordnung aus dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück ausgebildet, welche die Schweißlinse aufweist, die eine grüne bzw. unbehandelte Festigkeit aufweist, so dass die Anordnung unmittelbar weiter verarbeitet werden kann.
Bei einem Aspekt umfasst das Verfahren ferner, dass das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück mit einer Frequenz von größer oder gleich etwa 15 kHz bis kleiner oder gleich etwa 40 kHz in Schwingung versetzt werden.
Bei einem Aspekt weist die Verformung eine Tiefe auf, die größer oder gleich etwa 0,5 mm und kleiner oder gleich etwa 3 mm ist, und einen Durchmesser oder eine Breite von größer oder gleich etwa 7 mm und kleiner oder gleich etwa 20 mm.
Bei einem Aspekt weist die Verformung eine Querschnittsgestalt auf, die einer Querschnittsgestalt der Ultraschallsonotrode entspricht, und das Verfahren umfasst ferner, dass die Ultraschallsonotrode beim Anordnen in die Verformung gesetzt wird.
Bei einem Aspekt weist die Verformung eine runde oder ovale Querschnittsgestalt auf.
Bei einem Aspekt weist die Schweißlinse einen Durchmesser auf, der größer oder gleich etwa 3 mm und kleiner oder gleich etwa 18 mm ist.
Bei einem Aspekt weisen das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück jeweils voneinander unabhängig eine Dicke von größer oder gleich etwa 0,5 mm bis kleiner oder gleich etwa 5 mm auf.
Bei einem Aspekt weist die vorbestimmte Klebelinie, an der der Klebstoff zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück ausgebildet wird, eine durchschnittliche Dicke auf, die größer oder gleich etwa 0,25 mm bis kleiner oder gleich etwa 1,25 mm ist.
Bei einem Aspekt sind das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück ein Verbundmaterial, umfassend: ein thermoplastisches Polymer, das aus einem Material ausgebildet ist, das unabhängig aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Polyamidharz, Polystyrenharz, Acrylonitril-Styrenharz, Acrylonitril-Butadien-Styrenharz, Polyvinyl-Alkoholharz, Vinylchloridharz, Vinyliden-Chloridharz, Vinylacetatharz, Acrylharz, Polyacrylatharz, Methacrylatharz, Polypropylenharz, Polyethylenharz, Polycarbonatharz, Polyacetalharz, Polylactidharz, Polyethylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Naphthalat-Harz, Polybutylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Ether-Harz, Polyphenyl-Sulfidharz, Polysulfonharz, Polyethersulfonharz, Polyetheretherketonharz, Copolymere und Kombinationen daraus; und ein Verstärkungsmaterial, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kohlefasern, Glasfasern, schwarze Kohlenstoffpartikel und Kombinationen daraus.
Bei einem Aspekt bildet das Klebstoffvorprodukt einen Klebstoff, der aus der Gruppe gewählt ist: Acrylate, Methacrylate, Epoxidharze und Copolymere und Kombinationen daraus.
Bei einem Aspekt umfasst das Verfahren ferner, dass die Anordnung zu mindestens einer nachgeordneten Verarbeitungsstation befördert wird und dass es dem Klebstoffvorprodukt nach dem Verarbeiten bei der nachgeordneten Verarbeitungsstation ermöglicht wird, bei Umgebungsbedingungen zu reagieren und den Klebstoff auszubilden.
Bei einem Aspekt umfasst das erste thermoplastische Polymerwerkstück ferner eine Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen in der vorgeformten Verformung, die zum Fokussieren der Ultraschallenergie in der Lage sind, wenn sie aufgebracht wird, um ein Erwärmen in dem ersten Bereich einzuleiten.
Bei einem weiteren Aspekt ist ein Bereich um die Schweißlinse herum im Wesentlichen frei von irgendwelchen Geisterschweißpunkten.
Bei anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung eine Anordnung bereit, die ein erstes thermoplastisches Polymerwerkstück, das eine vorgeformte Verformung in einem ersten Bereich aufweist, und ein zweites thermoplastisches Polymerwerkstück umfasst. Die Anordnung umfasst ferner einen Klebstoff, der zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück angeordnet ist und der eine vorbestimmte Klebelinie mit einer durchschnittlichen Dicke definiert, die größer oder gleich etwa 0,25 mm bis kleiner oder gleich etwa 1,25 mm ist. Die Anordnung enthält außerdem eine Schweißlinse, die zwischen dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück in einem Bereich ausgebildet ist, der der vorgeformten Verformung entspricht.
Bei einem Aspekt weist die Verformung eine Tiefe auf, die größer oder gleich etwa 0,5 mm und kleiner oder gleich etwa 3 mm ist und einen Durchmesser oder eine Breite von größer oder gleich etwa 7 mm und kleiner oder gleich etwa 20 mm.
Bei einem Aspekt weist die Verformung eine runde oder ovale Querschnittsgestalt auf.
Bei einem Aspekt weist die Schweißlinse einen Durchmesser von größer oder gleich etwa 3 mm und kleiner oder gleich etwa 18 mm auf.
Bei einem Aspekt weisen das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück jeweils voneinander unabhängig eine Dicke von größer oder gleich etwa 0,5 mm bis kleiner oder gleich etwa 5 mm auf.
Bei einem Aspekt sind das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück ein Verbundmaterial, umfassend: ein thermoplastisches Polymer, das aus einem Material ausgebildet ist, das unabhängig aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Polyamidharz, Polystyrenharz, Acrylonitril-Styrenharz, Acrylonitril-Butadien-Styrenharz, Polyvinyl-Alkoholharz, Vinylchloridharz, Vinyliden-Chloridharz, Vinylacetatharz, Acrylharz, Polyacrylatharz, Methacrylatharz, Polypropylenharz, Polyethylenharz, Polycarbonatharz, Polyacetalharz, Polylactidharz, Polyethylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Naphthalat-Harz, Polybutylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Ether-Harz, Polyphenyl-Sulfidharz, Polysulfonharz, Polyethersulfonharz, Polyetheretherketonharz, Copolymere und Kombinationen daraus; und ein Verstärkungsmaterial, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kohlefasern, Glasfasern, schwarze Kohlenstoffpartikel und Kombinationen daraus.
Bei einem Aspekt ist der Klebstoff aus der Gruppe gewählt: Acrylate, Methacrylate, Epoxidharze, Copolymere und Kombinationen daraus.
Bei einem Aspekt enthält die vorgeformte Verformung in dem ersten Bereich ferner eine Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen.
Bei einem weiteren Aspekt ist ein Bereich um die Schweißlinse herum im Wesentlichen frei von irgendwelchen Geisterschweißpunkten.
Weitere Anwendungsgebiete werden sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung ergeben. Die Beschreibung und spezielle Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Veranschaulichung gedacht und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken von gewählten Ausführungsformen und nicht von allen möglichen Implementierungen und sind nicht zum Begrenzen des Umfangs der vorliegenden Offenbarung gedacht.
1 zeigt ein Schema eines Systems zum Ultraschallverbinden von polymeren Materialien;
2 zeigt ein Schema von zwei polymeren Werkstücken, die zusammengefügt werden sollen, die ein aufgebrachtes Klebstoffvorprodukt aufweisen, wobei ein Werkstück eine vorspringende vorgeformte Verformung in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung aufweist.
3 zeigt ein Schema, bei dem die zwei polymeren Werkstücke in 2 zwischen einer Ultraschallsonotrode und einem Amboss in einer Ultraschallschweißvorrichtung in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung angeordnet sind; und
4 zeigt ein Schema einer Anordnung nach einem Ultraschallschweißen von zwei polymeren Werkstücken, die mit einer Schweißlinse und einem Klebstoff in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung zusammengefügt sind.
5 zeigt ein Schema von zwei polymeren Werkstücken, die zusammengefügt werden sollen, mit einem aufgebrachten Klebstoffvorprodukt, wobei ein Werkstück eine vorspringende vorgeformte Verformung aufweist, die eine Energielenkungsschicht enthält, die eine Vielzahl von Energielenkungsvorrichtungen in Übereinstimmung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung definiert.
6 zeigt ein Schema einer Anordnung nach einem Ultraschallschweißen der zwei polymeren Werkstücke in 5, die mit einer Schweißlinse, die zumindest teilweise aus der Energielenkungsschicht ausgebildet ist, und mit einem Klebstoff zusammengefügt sind, in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
7 zeigt ein vergrößertes Bild (50-fache Vergrößerung) einer frakturierten Oberfläche einer Überlappungsregion von zwei geschweißten polymeren Werkstücken mit darin ausgebildeten Geisterschweißpunkten.
Einander entsprechende Bezugszeichen bezeichnen einander entsprechende Teile in den mehreren Ansichten der Zeichnungen.
GENAUE BESCHREIBUNG
Es werden beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich sein wird und den Umfang an den Fachmann auf dem Gebiet vollständig übermitteln wird. Es werden zahlreiche spezielle Details offengelegt, etwa Beispiele für spezielle Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, dass spezielle Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden können und dass keine davon so aufgefasst werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung beschränkt. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie ist nur zum Zweck des Beschreibens spezieller beispielhafter Ausführungsformen gedacht und soll nicht einschränken. Die Singularformen ”einer”, ”eine”, ”eines” und ”der”, ”die”, ”das” können bei der Verwendung hierin so beabsichtigt sein, dass sie auch die Pluralformen umfassen, sofern es der Kontext nicht klar anderweitig anzeigt. Die Begriffe ”umfasst”, ”umfassend”, ”einschließend” und ”aufweisend” sind einschließend und geben daher das Vorhandensein von bezeichneten Merkmalen, Elementen, Verbünden, Schritten, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Komponenten an, schließen aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Obwohl der offene Begriff ”umfassend” als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der verwendet wird, um verschiedene hier offengelegte Ausführungsformen zu beschreiben und zu beanspruchen, kann der Begriff bei bestimmten Aspekten alternativ stattdessen so verstanden werden, dass er ein eher begrenzender und restriktiver Begriff ist, etwa ”bestehend aus” oder ”im Wesentlichen bestehend aus”. Folglich umfasst für jede gegebene Ausführungsform, die Kompositionen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verarbeitungsschritte erwähnt, die vorliegende Offenbarung außerdem speziell Ausführungsformen, die aus diesen erwähnten Kompositionen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Verarbeitungsschritten bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Im Fall des ”bestehend aus” schließt die alternative Ausführungsform beliebige zusätzliche Kompositionen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verarbeitungsschritte aus, während in dem Fall des ”im Wesentlichen bestehend aus” beliebige zusätzliche Kompositionen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verarbeitungsschritte, welche die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften materiell beeinflussen, von einer derartigen Ausführungsform ausgeschlossen sind, aber beliebige Kompositionen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verarbeitungsschritte, welche die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften materiell nicht beeinflussen, in der Ausführungsform enthalten sein können.
Beliebige Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen, die hier beschrieben sind, dürfen nicht so aufgefasst werden, dass deren Ausführung in der speziellen erörterten oder veranschaulichten Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht speziell als eine Ausführungsreihenfolge bezeichnet ist. Außerdem ist zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht so beschrieben ist, dass sie ”auf”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, kann sie direkt auf, in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt mit der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu ein Element so beschrieben ist, dass es ”direkt auf, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollen auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart”, usw.). Der Begriff ”und/oder” umfasst, so wie er hier verwendet wird, beliebige und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Gegenstände.
Obwohl die Begriffe erster, zweiter, dritter usw. hier verwendet sein können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Sektionen zu beschreiben, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Sektionen durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden, sofern es nicht anderweitig angegeben wird. Diese Begriffe können nur verwendet sein, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder eine Sektion von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einer anderen Komponente, einer anderen Region, einer anderen Schicht oder einer anderen Sektion zu unterscheiden. Begriffe wie etwa ”erster”, ”zweiter” und andere numerische Begriffe implizieren, wenn sie hier verwendet werden, keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern dies nicht deutlich durch den Kontext angegeben ist. Folglich kann ein erster Schritt, ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Region, eine erste Schicht oder eine erste Sektion, die nachstehend erörtert wird, als zweiter Schritt, zweites Element, zweite Komponente, zweite Region, zweite Schicht oder zweite Sektion bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Auf Raum oder Zeit bezogene Begriffe, etwa ”bevor”, ”nachdem”, ”innerer”, ”äußerer”, ”unterhalb”, ”unter”, ”niedriger”, ”über”, ”oberer” und dergleichen können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet sein, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals zu anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht ist. Begriffe mit Bezug auf den Raum oder die Zeit können so gedacht sein, dass sie verschiedene Orientierungen der Vorrichtung oder des Systems bei Verwendung oder im Betrieb umfassen, zusätzlich zu der Orientierung, die in den Figuren dargestellt ist.
In dieser gesamten Offenbarung repräsentieren die numerischen Werte Näherungsmaße oder Begrenzungen für Bereiche, um kleinere Abweichungen von den gegebenen Werten und Ausführungsformen zu umfassen, die etwa den erwähnten Wert aufweisen, sowie diejenigen, die genau den erwähnten Wert aufweisen. Anders als bei den Arbeitsbeispielen, die am Ende der genauen Beschreibung bereitgestellt werden, sind alle numerischen Werte von Parametern (z. B. von Größen oder Bedingungen) in dieser Beschreibung einschließlich der beigefügten Ansprüche so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff ”etwa” modifiziert sind, unabhängig davon, ob ”etwa” vor dem numerischen Wert tatsächlich auftaucht. Der Begriff ”etwa” gibt an, dass der angegebene numerische Wert eine bestimmte leichte Ungenauigkeit zulässt (mit einer bestimmten Annäherung an die Exaktheit in dem Wert; in etwa oder in vernünftiger Weise nahe bei dem Wert; nahezu). Wenn die durch ”etwa” bereitgestellte Ungenauigkeit mit dieser gewöhnlichen Bedeutung in der Technik nicht anderweitig verstanden wird, dann zeigt ”etwa”, so wie es hier verwendet wird, zumindest Variationen an, die aus gewöhnlichen Verfahren zum Messen und Verwenden dieser Parameter entstehen können. Zum Beispiel kann ”etwa” eine Variation von weniger als oder gleich 5% umfassen, optional weniger oder gleich 4%, optional weniger oder gleich 3%, optional weniger oder gleich 2%, optional weniger oder gleich 1%, optional weniger oder gleich 0,5% und in bestimmten Aspekten optional weniger oder gleich 0,1%.
Zudem umfasst eine Offenbarung von Bereichen die Offenbarung von allen Werten und ferner von unterteilten Bereichen innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der Endpunkte und von Teilbereichen, die für die Bereiche angegeben sind.
Mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen werden nun beispielhafte Ausführungsformen vollständiger beschrieben.
Wie vorstehend erwähnt wurde, werden bei einem Vibrationsschweißprozess wie dem Ultraschallschweißen benachbarte Oberflächen eines Werkstücks oder mehrerer Werkstücke zusammengefügt, indem Ultraschallenergie oder Vibrationsenergie auf das Werkstück aufgebracht wird. Ein beispielhaftes und vereinfachtes herkömmliches Ultraschallschweißgerät 20 ist in 1 gezeigt. Ein erstes polymeres Werkstück 30 umfasst ein Polymer, etwa ein thermoplastisches Polymer, und es weist eine ebene oder flache Gestalt in einem Bereich auf, der geschweißt werden soll. Ein zweites polymeres Werkstück 32 umfasst in analoger Weise ein Polymer wie etwa ein thermoplastisches Polymer und es weist auch eine ebene oder flache Gestalt in dem Bereich auf, wo es geschweißt werden wird. Ein Klebstoffvorprodukt 34 ist zwischen dem ersten polymeren Werkstück 30 und dem zweiten polymeren Werkstück 32 aufgebracht.
Wie gezeigt werden das erste polymere Werkstück 30 und das zweite polymere Werkstück 32 zwischen einer Ultraschallsonotrode 40 und einem Amboss 42 an entgegengesetzten Seiten zusammengeklemmt. Folglich kontaktiert die Ultraschallsonotrode 40 das erste polymere Werkstück 30, während der Amboss 42 das zweite polymere Werkstück 32 kontaktiert. Die Ultraschallsonotrode 40 ist auch als Sonotrode bekannt und sie vibriert zusammen mit einem angeschlossenen Ultraschallübertrager, wenn sie erregt wird, und sie erzeugt Ultraschallenergie, die durch das erste polymere Werkstück 30 hindurch zu dem zweiten polymeren Werkstück 32 übertragen wird. Der Amboss 42 kann aus einem relativ großen Metallstück ausgebildet sein, das über eine ausreichende Starrheit verfügt, um der Ultraschallsonotrode 40 standzuhalten. Die Ultraschallsonotrode 40 und der Amboss 42 definieren gemeinsam einen Schweißgerätekörper einer Schweißvorrichtung. Obwohl es nicht gezeigt ist, können die Ultraschallsonotrode 40 und/oder der Amboss 42 Schweißklötze und andere Schweißsystemkomponenten umfassen.
Ein nach unten gerichteter Pfeil zeigt eine Richtung an, in die Druck auf das erste polymere Werkstück 30 und das zweite polymere Werkstück 32 aufgebracht wird, wenn die Ultraschallsonotrode 40 in Kontakt mit dem ersten polymeren Werkstück 30 gebracht wird. Ein doppelseitiger Pfeil zeigt Vibrationsschwingungen der Werkstücke 30, 32. Die Vibrationsenergie von der Ultraschallsonotrode 40 erzeugt Oberflächenreibung entlang aneinander angrenzender Oberflächen des ersten polymeren Werkstücks 30 und des zweiten polymeren Werkstücks 32 und interne Reibung der Werkstücke 30 und 32. Die resultierende Wärme erweicht die aneinander angrenzenden Oberflächen, wodurch das erste polymere Werkstück 30 und das zweite polymere Werkstück 32 verbunden werden, um eine Schweißlinse 50 auszubilden. Eine Klebelinie 52 ist dort definiert, wo der Klebstoff zwischen dem ersten polymeren Werkstück 30 und dem zweiten polymeren Werkstück 32 vorhanden ist (nachdem das Klebstoffvorprodukt 34 ausgehärtet ist).
Bei einem herkömmlichen Ultraschallschweißprozess wie etwa demjenigen, der in 1 gezeigt ist, veranlasst der Druck, der zwischen der Ultraschallsonotrode 40 und dem Amboss 42 beim Schweißen aufgebracht wird (entweder durch Einklemmen und/oder durch Aufbringen von Ultraschallenergie), dass das Klebstoffvorprodukt 34 zwischen dem ersten polymeren Werkstück 30 und dem zweiten polymeren Werkstück 32 von dem Ort oder Bereich weggedrückt wird, an dem die Schweißlinse 50 ausgebildet wird. Daher wird das Klebstoffvorprodukt 34 aus dem Bereich der Schweißlinse 50 weggedrückt und ausgedünnt oder entfernt, während es sich nach außen ausdehnt. Auf diese Weise dringt das Klebstoffvorprodukt 34 auf ungewünschte und unkontrollierte Weise nach außen und führt zu einer nicht vorhersagbaren oder ungleichmäßigen Klebelinie in dem ausgehärteten Klebstoff in dem Bereich in und um die Schweißlinse 50 herum. Die ungleichmäßige Klebelinie kann eine variable Festigkeit in der Klebung verursachen.
Bei herkömmlichen Prozessen wird die Anordnung, nachdem das Ultraschallschweißen durchgeführt ist, ferner behandelt, um das Klebstoffvorprodukt auszuhärten/reagieren zu lassen, um eine grüne bzw. unbehandelte Festigkeit der Klebstoffverbindung für eine zusätzliche Verarbeitung bereitzustellen. Daher wird bei einem herkömmlichen Prozess die Anordnung nach dem Schweißen für einen eingestellten Zeitbetrag in einen Ofen gebracht (z. B. in einen Ofen bei 100°C für 10 Minuten), oder es wird ermöglicht, dass sie für längere Zeitspannen bei Umgebungsbedingungen (z. B. für 24 Stunden) aushärtet oder reagiert. Diese Aushärtungs-/Reaktionszeit verlangsamt die Verarbeitung und die Zykluszeit erheblich. Außerdem kann die Wärme von dem Schweißprozess auch das Klebstoffvorprodukt 34 verschlechtern, speziell dort, wo es am dünnsten ist, und kann dadurch die Festigkeit der durch Schweißen verbundenen polymeren Verbundanordnung, die ausgebildet wird, verringern.
Die vorliegende Offenbarung betrachtet ein neues Verfahren zum Ultraschallschweißen von polymeren Werkstücken aneinander. Es werden zwar zwei Werkstücke erörtert, jedoch sei angemerkt, dass die Konzepte der vorliegenden Offenbarung in gleicher Weise auf ein einziges Werkstück, das an verschiedenen Bereichen zusammengefügt wird, oder auf mehrere Werkstücke (z. B. drei oder mehr), die zusammengefügt werden, angewendet werden kann. Auf das erste thermoplastische Polymerwerkstück und/oder das zweite thermoplastische Polymerwerkstück wird ein Klebstoffvorprodukt aufgebracht. Mit Bezug auf 2 sollen ein erstes Werkstück 60, das ein erstes thermoplastisches Polymer umfasst, und ein zweites Werkstück 62, das ein zweites thermoplastisches Polymer umfasst, zusammengefügt werden. Das erste und das zweite thermoplastische Polymer sind gleich oder voneinander verschieden. Thermoplastische Polymere sind in der Lage, bei Reibungshitze (z. B. Oberflächenreibung) zwischen den Werkstücken und bei Vibration von Ultraschallenergie zu erweichen, um eine Schmelzverbindung auszubilden. Das thermoplastische Polymer kann aus einer beliebigen geeigneten Art von thermoplastischem Harz ausgebildet sein. Als Beispiel ohne Einschränkung kann das thermoplastische Polymer enthalten: Nylons oder Polyamidharze (Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 46, Nylon 66, Nylon 610), Polystyrenharz, Acrylonitril-Styrenharz, Acrylonitril-Butadien-Styrenharz, Polyvinyl-Alkoholharz, Vinylchloridharz, Vinyliden-Chloridharz, Vinylacetatharz, Acrylharz, Polyacrylatharz, Methacrylatharz, Polypropylenharz, Polyethylenharz, Polycarbonatharz, Polyacetalharz, Polylactidharz, Polyethylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Naphthalat-Harz, Polybutylen-Terephthalat-Harz, Polyphenylen-Ether-Harz, Polyphenylen-Sulfidharz, Polysulfonharz, Polyether-Sulfonharz, Polyether-Ether-Ketonharz, Copolymere und Kombinationen daraus.
Bei bestimmten Aspekten können das erste Werkstück 60, das ein erstes thermoplastisches Polymer umfasst, und/oder das zweite Werkstück 62, das ein zweites thermoplastisches Polymer umfasst, ein polymeres Verbundmaterial sein, das eine thermoplastische Polymermatrix und ein Verstärkungsmaterial umfasst, etwa eine Vielzahl von Verstärkungspartikeln oder Fasern, die darin verteilt sind. Bei bestimmten Aspekten kann ein polymerer Verbundstoff als nicht einschränkendes Beispiel eine Vielzahl von Kohlenstofffasern, Glasfasern oder schwarzem Kohlenstoff als Verstärkungsmaterial umfassen. Die Vielzahl von Verstärkungspartikeln oder Fasern kann mit etwa 5 Gewichts-% oder mehr bis kleiner oder gleich etwa 90 Gewichts-% des Gesamtverbunds enthalten sein, und bei bestimmten Variationen optional mit mehr oder gleich etwa 15 Gewichts-% bis weniger oder gleich etwa 60 Gewichts-%. Bei einem Beispiel kann eine geeignete polymere Verbundstruktur für ein Werkstück ein thermoplastischer kohlefaserverstärkter Verbundstoff sein.
Bei bestimmten Aspekten sind das erste thermoplastische polymere Werkstück und das zweite thermoplastische polymere Werkstück ein Verbundmaterial, die jeweils unabhängig voneinander ein thermoplastisches Polymer umfassen, das aus einem Material ausgebildet ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Polyamidharz, Polystyrenharz, Acrylonitril-Styren-Harz, Acrylonitril-Butadien-Styrenharz, Polyvinyl-Alkoholharz, Vinylchloridharz, Vinyliden-Chloridharz, Vinylacetatharz, Acrylharz, Polyacrylatharz, Methacrylatharz, Polypropylenharz, Polyethylenharz, Polycarbonatharz, Polyacetalharz, Polylactidharz, Polyethylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Naphthalat-Harz, Polybutylen-Terephthalat-Harz, Polyphenylen-Ether-Harz, Polyphenylen-Sulfidharz, Polysulfonharz, Polyether-Sulfonharz, Polyether-Ether-Ketonharz, Copolymere und Kombinationen daraus, und die ein Verstärkungsmaterial umfassen, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kohlenstofffasern, Glasfasern, schwarzen Kohlenstoffpartikeln und Kombinationen daraus.
Bei bestimmten Aspekten sind das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück Verbundmaterialien, die unabhängig voneinander ein thermoplastisches polyamides Polymer und ein Verstärkungsmaterial umfassen, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kohlenstofffasern, Glasfasern, schwarzen Kohlenstoffpartikeln und Kombinationen daraus.
Bei einer nicht einschränkenden Variation kann der thermoplastische Verbundstoff Nylon 6 mit etwa 30 Gewichts-% an darin verteilten Kohlenstofffasern umfassen. Diese thermoplastischen Verbundmaterialien können durch einen Formpressprozess oder einen Spritzgussprozess hergestellt werden.
Mit erneuter Bezugnahme auf 2 weist das zweite Werkstück 62 ein Klebstoffvorprodukt 64 auf, das auf eine Oberfläche 66 aufgebracht ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das Klebstoffvorprodukt 64 kontinuierlich oder alternativ auf ausgewählte Bereiche der Oberfläche 66 aufgebracht werden kann. Bei bestimmten Aspekten bildet, wie nachstehend weiter beschrieben wird, das Klebstoffvorprodukt einen Klebstoff aus, der als Beispiele aus der Gruppe gewählt ist: Acrylate, Methacrylate, Epoxidharze, Copolymere und Kombinationen daraus.
Das erste Werkstück 60 weist mindestens einen vorgeformten Vorsprung oder eine Verformung 70 in einem Bereich auf, bei dem das Schweißen stattfinden wird, um das erste Werkstück 60 mit dem zweiten Werkstück 62 zu verbinden. Obwohl nur eine vorgeformte Verformung 70 gezeigt ist, können dort, wo Werkstücke mit großen Oberflächenbereichen zusammengefügt und geschweißt werden sollen, mehrere vorgeformte Verformungen in dem ersten Werkstück 60 vorhanden sein, um mehrere Orte zum Schweißen in Übereinstimmung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Außerdem können, obwohl es nicht gezeigt ist, die zu schweißenden Bereiche an Abschlussrändern des ersten Werkstücks 60 und des zweiten Werkstücks 62 auftreten. Wie vorstehend erwähnt wurde, können diese thermoplastischen Materialien aus einem Formpressprozess oder einem Spritzgussprozess hergestellt werden. In einem derartigen Prozess ergänzen sich die Gussformen (oder Pressformen) zum Ausbilden des ersten Werkstücks 60, um eine oder mehrere vorgeformte Verformungen 70 während des Formpress- oder Spritzgussprozesses zu definieren.
Wie in 3 gezeigt ist, kann das Verfahren bei bestimmten Aspekten umfassen, dass ein erster Bereich 72 des ersten Werkstücks 60 und ein zweiter Bereich 74 des zweiten Werkstücks 62 zwischen einer Ultraschallsonotrode 80 und einem Amboss 82 angeordnet werden. Die Ultraschallsonotrode 80 und der Amboss 82 bilden einen Teil einer (nicht gezeigten) Ultraschallschweißvorrichtung, die in der Technik bekannt ist. Die Ultraschallsonotrode 80 und/oder der Amboss 82 sitzen in der vorgeformten Verformung 70. Wie in 3 gezeigt ist, sitzt die Ultraschallsonotrode 80 in der vorgeformten Verformung 70, aber die Orientierung des Ambosses 82 und/oder des ersten Werkstücks 60 kann umorientiert werden, so dass der Amboss 82 in der vorgeformten Verformung 70 sitzt. Bei bestimmten Aspekten weist die vorgeformte Verformung 70 eine Querschnittsgestalt auf, die allgemein einer Querschnittsgestalt der Ultraschallsonotrode entspricht, und das Verfahren umfasst ferner, dass die Ultraschallsonotrode in der vorgeformten Verformung 70 angeordnet wird. Die vorgeformte Verformung 70 kann beispielsweise eine runde oder ovale Querschnittsgestalt aufweisen, die einer runden oder ovalen Querschnittsgestalt der Ultraschallsonotrode 80 entspricht. Auf analoge Weise sind andere Gestalten für die vorgeformte Verformung 70 und für die Ultraschallsonotrode 80 (oder den Amboss 82) vorgesehen, etwa rechteckig oder andere Gestalten.
Auf diese Weise kontaktiert das erste Werkstück 60 das zweite Werkstück 62 entlang der vorgeformten Verformung 70, so dass der Vorsprung einen Kontakt zwischen den Werkstücken verbessert. Die vorgeformte Verformung 70 ist so dimensioniert, dass eine Klebstoffdicke einer vorbestimmten Klebelinie 84 (die durch Reagierenlassen oder Aushärten eines Klebstoffvorprodukts 64 ausgebildet wird) zwischen dem ersten Werkstück 60 und dem zweiten Werkstück 62 in Bereichen 86 außerhalb der Schweißzone gesteuert und bereitgestellt wird.
Als Nächstes umfasst das Verfahren, dass Ultraschallenergie von der Ultraschallsonotrode 80 aufgebracht wird, um eine Schweißlinse 90 zwischen dem ersten Werkstück 60 und dem zweiten Werkstück 62 zu erzeugen. Die vorgeformte Verformung 70 steht vor und bringt die Ultraschallsonotrode 80 in eine größere Nähe zu dem gegenüberliegenden Werkstück (hier das zweite Werkstück 62), um eine stärkere oder wünschenswertere Ultraschallschweißlinse 90 auszubilden, als dort, wo das erste Werkstück 60 und das zweite Werkstück 62 durch einen dazwischen angeordneten Klebstoff getrennt sind. Die Schweißlinse 90 kann einen Durchmesser aufweisen, der größer oder gleich etwa 3 mm und kleiner oder gleich etwa 18 mm ist, bei bestimmten Variationen kann die Schweißlinse 90 einen Durchmesser aufweisen, der größer oder gleich etwa 5 mm bis kleiner oder gleich etwa 18 mm ist. Die vorgeformte Verformung 70 induziert bei einer gegebenen entfernten Belastung eine Belastung mit einem Mischmodus, so dass die Abschälfestigkeit der Fügestelle verbessert werden kann. Ferner wird der Betrag der Verdrängung des Klebstoffvorprodukts 64 in gewünschter Weise in Übereinstimmung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung gesteuert, so dass es sich nicht über einen Endrand oder Flansch 92 des ersten Werkstücks 60 hinaus erstreckt, um die Ausbreitung des Klebstoffs und die Dicke der Klebelinie besser steuern zu können. Außerdem können die Größe der vorgeformten Verformung 70 und Abmessungen der Ultraschallsonotrode 80 (z. B. der Durchmesser) gewählt werden, um eine Klebstoffverschlechterung am Rand des Flansches 92 zu minimieren. Wenn Ultraschallenergie aufgebracht wird, können das erste Werkstück 60 und das zweite Werkstück 62 mit einer Frequenz schwingen, die größer oder gleich etwa 15 kHz bis kleiner oder gleich etwa 40 kHz ist, optional größer oder gleich etwa 20 kHz bis kleiner oder gleich etwa 30 kHz. Die Kraft drückt das Klebstoffvorprodukt 64/den Klebstoff heraus, so dass die Ultraschallwellen durch die Werkstücke hindurch übertragen werden können und folglich kann die Wärme an den Stoßschnittstellen der Werkstücke 60, 62 erzeugt werden. Auf diese Weise wird eine Schweißverbindung in Übereinstimmung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden Lehren erzeugt, welche die Klebstoffverschlechterung minimiert, indem ein Kraftverlauf beim Schweißen von der Ultraschallsonotrode über die Zeit maßgeschneidert wird, wobei die Kraft mit den gleichen Niveaus aufgebracht werden kann, aber schneller als bei einem herkömmlichen Schweißprozess.
Auf diese Weise wird eine grüne Anordnung 94 ausgebildet, die das erste Werkstück 60, das zweite Werkstück 62, die Schweißlinse 90 und das Klebstoffvorprodukt 64 enthält. Die durch ein derartiges Verfahren ausgebildete grüne Anordnung 94 weist eine grüne oder ausreichende Festigkeit derart auf, dass die Anordnung unmittelbar weiter verarbeitet werden kann, beispielsweise in einer Montagelinie. Mit ”unmittelbar” wird gemeint, dass die grüne Anordnung 94 in kleiner oder gleich etwa 30 Sekunden befördert werden kann, optional in kleiner oder gleich etwa 20 Sekunden, optional in kleiner oder gleich etwa 10 Sekunden, optional in kleiner oder gleich etwa 5 Sekunden und bei bestimmten Variationen optional innerhalb von etwa 1 Sekunde bis etwa 5 Sekunden befördert wird, nachdem die Ultraschallsonotrode 80 und der Amboss 82 zurückgefahren wurden und der Schweißprozess abgeschlossen ist. Daher können die Verfahren von bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung ferner umfassen, dass die grüne Anordnung 94 zu mindestens einer nachgeordneten Verarbeitungsstation in einem Montagelinienproduktionsprozess befördert wird. Bei bestimmten Aspekten kann der Zeitverlauf des Schweißens über der Sonotrodenkraft für das Ultraschallschweißgerät optimiert werden, um eine gewünschte grüne Festigkeit zu erhalten (z. B. eine Festigkeit, um die Werkstücke/Teile zusammenzuhalten), wobei die Klebstoffverschlechterung minimiert wird.
Nachdem die gesamte Verarbeitung abgeschlossen ist, wird zugelassen, dass das Klebstoffvorprodukt 64 reagiert oder aushärtet, um bei Umgebungstemperatur- und Druckbedingungen einen Klebstoff auszubilden. Zum Beispiel kann die Umgebungstemperatur eine Raumtemperatur von etwa 20°C (68°F) sein und der Umgebungsdruck kann etwa 101 kPa (1 Atm.) umfassen. Auf diese Weise kann das Aushärten im Vergleich mit herkömmlichen Montageverfahren für Kunststoffwerkstücke verzögert werden und daher muss die Aushärte- oder Heizstation dem Schweißen nicht folgen, so dass ein Verarbeiten der grünen Anordnung 94 unmittelbar und weitaus schneller ausgeführt werden kann, was zu einer verringerten Verarbeitungs- oder Zykluszeit sowie zu verringerten Kosten führt, die mit den Werkzeugen verbunden sind.
Auf diese Weise eröffnet eine robuste Lösung zum Zusammenfügen von Teilen neue Gelegenheiten zur Verwendung von polymeren Verbundstoffen, um eine Gewichtsreduktion, eine Verbesserung der Leistung und eine Korrosionswiderstandsverbesserung bei verschiedenen Anwendungen, die Fahrzeuge umfassen, zu erreichen. Die Prozesse in Übereinstimmung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung stellen eine größere Robustheit von Anordnungen durch eine Verbesserung des Schweißprozesses und der Teilekonstruktion bereit. In Fahrzeugen, etwa Kraftfahrzeugen, Motorrädern, Schiffen, Traktoren, Bussen, Mobilhomes, Campern und Panzern werden polymere Verbundstoffe in großem Umfang verwendet, und deren Verwendung wird in der Zukunft mit Bemühungen, die Fahrzeugmasse weiter zu reduzieren, zunehmen. Verstärkte Verbundstoffe sind besonders geeignet zur Verwendung bei Komponenten eines Kraftfahrzeugs oder eines anderen Fahrzeugs (z. B. Motorräder, Schiffe), aber sie können auch in einer Vielfalt von anderen Industrien und Anwendungen verwendet werden, welche als Beispiele ohne Einschränkung Flugzeugkomponenten, Industriegeräte und Maschinen, Agrargeräte, schwere Maschinen umfassen. Beispielsweise können verstärkte Verbundstoffe verwendet werden, um Strukturkomponenten von Kraftfahrzeugen zu bilden, welche konturierte oder komplexe dreidimensionale Gestalten aufweisen. Beispiele ohne Einschränkung umfassen Schutzschilde für Benzintanks, Unterbodenschirme, Strukturplatten, Türtäfelungen, Innenböden, Bodenwannen (z. B. eines Lieferwagens), Dächer, Außenoberflächen, Speicherbereiche, die Handschuhfächer, Konsolenfächer, Kofferräume, Kofferraumböden, Ladeflächen und dergleichen.
Bei anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung eine Anordnung 100 in 4 bereit, die ein erstes thermoplastisches Polymerwerkstück 102 umfasst, das eine vorgeformte Verformung 104 in einem ersten zu schweißenden Bereich aufweist. Die Anordnung 100 enthält außerdem ein zweites thermoplastisches Polymerwerkstück 106, welches in dem zu schweißenden Bereich eine herkömmliche ebene oder flache Oberfläche 108 aufweisen kann. Zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück 102 und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück 106 ist ein Klebstoff 110 angeordnet. Eine Dicke der Klebelinie 112 des Klebstoffs 110 ist gezeigt. Bei bestimmten Aspekten definiert der Klebstoff 110 eine vorbestimmte Klebelinie 112, die eine durchschnittliche Dicke von größer oder gleich etwa 0,25 mm bis kleiner oder gleich etwa 1,25 mm aufweist. Die Anordnung 100 enthält außerdem eine Schweißlinse 114, die zwischen dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück 106 und dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück 102 in einem Bereich ausgebildet ist, der der vorgeformten Verformung 104 entspricht. Die Schweißlinse 114 kann durch die vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet sein.
Bei bestimmten Aspekten weisen das erste thermoplastische Polymerwerkstück 102 und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück 106 jeweils voneinander unabhängig eine Dicke von größer oder gleich etwa 0,5 mm bis kleiner oder gleich etwa 5 mm auf. Es wird angemerkt, wie in 4 gezeigt ist, dass das erste thermoplastische Polymerwerkstück 102 eine andere Dicke als das zweite thermoplastische Polymerwerkstück 106 aufweist, obwohl bei alternativen Variationen die Dicke gleich sein kann. Die vorgeformte Verformung 104 kann eine Tiefe 120 von größer oder gleich etwa 0,5 mm bis kleiner oder gleich etwa 3 mm aufweisen. Die vorgeformte Verformung 104 kann einen Durchmesser (im Falle eines runden oder kreisförmigen Querschnitts) oder eine Breite 122 (z. B. eine größte Dimension über die vorgeformte Verformung 104 hinweg) von größer oder gleich etwa 7 mm und kleiner oder gleich etwa 20 mm aufweisen. Bei bestimmten Aspekten weist die vorgeformte Verformung 104 eine runde oder ovale Querschnittsgestalt auf, obwohl sie in alternativen Variationen rechteckig sein kann oder andere Gestalten aufweisen kann.
Das erste thermoplastische Polymerwerkstück 102 und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück 106 können ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Materialien sein. Der Klebstoff 110 kann gewählt sein aus der Gruppe: Acrylate, Methacrylate, Epoxidharze, Copolymere und Kombinationen daraus. Beispiele für geeignete Klebstoffe umfassen Methacrylatklebstoffe, etwa PLEXUS^® MA300, PLEXUS^® MA310, PLEXUS^® MA320, PLEXUS^® MA425, PLEXUS^® MA530 und PLEXUS^® MA830, die alle bei ITW Plexus käuflich erhältlich sind. Ein Beispiel für einen anderen geeigneten Klebstoff ist ein Epoxidharz, das als HENKEL^TM 5089 käuflich erhältlich ist. Bei bestimmten bevorzugten Aspekten kann das Klebstoffvorprodukt eines sein, das zwei Bestandteile aufweist, die in einem Verhältnis von etwa 1:1 gemischt werden, zur Erleichterung der kommerziellen Produktion und Verarbeitung.
Bei noch einer anderen Variation, die in 5 gezeigt ist, sollen ein erstes thermoplastisches Polymerwerkstück 130 und ein zweites thermoplastisches Polymerwerkstück 132 verschweißt werden. Auf einer ebenen Oberfläche 136 des zweiten thermoplastischen Polymerwerkstücks 132 ist ein Klebstoffvorprodukt 134 angeordnet. Das erste thermoplastische Polymerwerkstück 130 weist in einem Bereich, der verschweißt werden soll, eine vorgeformte Verformung 140 auf. Eine Energielenkungsschicht 142 ist auf einer Kontaktseite 144 der vorgeformten Verformung 140 ausgebildet. Bei bestimmten Aspekten definiert die Energielenkungsschicht 142 eine Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen 146. Die Energielenkungsmerkmale 146 weisen spezielle Materialeigenschaften auf, die ein lokales Erwärmen fördern und den Zusammenhalt der Werkstücke verbessern, um dazwischen eine lokale und kontrollierte Schweißverbindung auszubilden. Die primäre Funktion der Energielenkungsmerkmale 146 in der Energielenkungsschicht 142 besteht darin, die angelegte Ultraschallenergie zu konzentrieren, um das Erwärmen und Schmelzen des Bereichs an den Stoßschnittstellen oder Kontaktschnittstellen des ersten und zweiten thermoplastischen Polymerwerkstücks 130, 132 schnell einzuleiten. Die Energielenkungsschicht 142 mit der Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen 146 ist auf der Kontaktseite 144 der vorgeformten Verformung 140 des ersten thermoplastischen Polymerwerkstücks 130 gezeigt, aber sie kann stattdessen in alternativen Variationen an dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück 132 ausgebildet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die Energielenkungsmerkmale 146 in alternativen Variationen nicht als eine kontinuierliche Schicht ausgebildet sein müssen, wie in 5 gezeigt ist, sondern stattdessen diskrete und diskontinuierliche Merkmale auf der Oberfläche der vorgeformten Verformung 140 ausbilden können.
Jedes Energielenkungsmerkmal 146 kann ein erhöhtes dreieckiges Materialkügelchen sein, das an eines der Werkstücke angeformt ist, obwohl auch alternative Gestalten in Betracht gezogen werden, etwa konvex geformte Vorsprünge, wie abgerundete Vorsprünge, Höcker, Noppen und dergleichen. Die Energielenkungsschicht 142, welche die Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen 146 definiert, kann bei dem gleichen Formpressprozess wie das erste thermoplastische Polymerwerkstück 130 ausgebildet werden, wobei das Material selektiv als eine Schicht auf dem Rohling angeordnet wird, der das erste thermoplastische Polymerwerkstück 130 ausbildet, oder innerhalb von ausgewählten Bereichen einer geeignet geformten Formungsregion. Die Energielenkungsschicht 142, welche die Energielenkungsmerkmale 146 definiert, kann aus einem polymeren Material ausgebildet sein, etwa einem Harz oder einem Verbundstoff, der ein oder mehrere Verstärkungsmaterialien umfasst. Bei bestimmten Aspekten kann die Energielenkungsschicht 142 ein Harz oder Polymer gemeinsam mit dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück 130 umfassen. Die Materialeigenschaften (beim Formen erzeugt) der Energielenkungsmerkmale 146 können maßgeschneidert werden, um die Wärmeerzeugung zu lokalisieren, welche den Kontakt zwischen dem ersten und zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück 130, 132 verbessern, wenn die thermoplastischen Verbundstoffe durch Ultraschallschweißen verbunden werden.
Beispielsweise kann das Harz oder Polymer in der Energielenkungsschicht 142 vor dem umgebenden ersten thermoplastischen Polymerwerkstück 130 schmelzen oder erweichen. Bei bestimmten Variationen ist ein Anfangsmodulus des Materials, das die Energielenkungsschicht 142 ausbildet, kleiner oder gleich etwa 75% eines vergleichbaren Modulus des Materials, das das erste thermoplastische Polymerwerkstück 130 ausbildet, auf welchem die Energielenkungsschicht 142 ausgebildet ist. Wenn das erste thermoplastische Polymerwerkstück 130 beispielsweise einen durch Kohlefaser verstärkten Nylonverbundstoff umfasst (zum Beispiel mit etwa 30 Gewichts-% Kohlefaser), kann die Energielenkungsschicht 142 ein mit Kohlefaser verstärkter Nylonverbundstoff sein, der einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweist (< 30 Gewichts-% Kohlenstofffaser), so dass der Anfangsmodulus mindestens 75% geringer als derjenige des ersten thermoplastischen Polymerwerkstücks 130 ist.
Die Energielenkungsschicht 142, welche die Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen 146 definiert, kann eine Gesamtdicke 148 (von Anschlussenden der Energielenkungsmerkmale 146 durch und zu einer entgegengesetzten Anschlussoberfläche der Energielenkungsschicht 142) aufweisen, die größer oder gleich etwa 0,1 mm bis kleiner oder gleich etwa 0,5 mm ist. Jedes Energielenkungsmerkmal 146 kann eine Breite (z. B. entlang seiner Basis) von größer oder gleich etwa 0,1 mm bis kleiner oder gleich etwa 0,5 mm aufweisen und eine Höhe, die größer oder gleich etwa 0,1 mm bis kleiner oder gleich etwa 0,5 mm ist. Die Höhe und Dichte (z. B. Platzierungsmuster und Dichte) der Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen 146 auf der Energielenkungsschicht 142 auf der Kontaktoberfläche 144 des ersten thermoplastischen Polymerwerkstück 130 verbessert ein Wachstum der Schweißverbindung und minimiert eine Verschlechterung des Klebstoffs am Rand eines Flansches.
Nach dem Schweißen ist, wie in 6 gezeigt ist, eine Anordnung 150 ausgebildet, die das erste thermoplastische Polymerwerkstück 130 umfasst, das mit dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück 132 über eine Schweißlinse 160 in einem Bereich verschweißt ist, der der vorgeformten Verformung 140 entspricht. Die Schweißlinse 160 enthält mindestens einen Teil des Materials, das die Energielenkungsschicht 142 ausbildet, und Material von dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück 130 und/oder von dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück 132. Die Schweißlinse 160 kann durch die vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet sein.
Nach dem Polymerisieren oder Aushärten bildet das Klebstoffvorprodukt 134 einen Klebstoff 162 aus, der zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück 130 und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück 132 angeordnet ist, wie zuvor vorstehend beschrieben wurde. Der Klebstoff 162 kann sich seitlich weiter hinaus erstrecken als das erste thermoplastische Polymerwerkstück 130. Eine Dicke der Klebelinie 152 des Klebstoffs 162 ist gezeigt. Bei bestimmten Aspekten definiert der Klebstoff 162 eine vorbestimmte Klebelinie 152, wie vorstehend in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben ist, die beispielsweise eine durchschnittliche Dicke von größer oder gleich etwa 0,25 mm bis kleiner oder gleich etwa 1,25 mm aufweist.
7 zeigt ein Bild von oben eines mit Ultraschall verschweißten Bereichs zwischen zwei Anschlussregionen mit jeweiligen thermoplastischen Polymerwerkstücken, wobei die Oberfläche frakturiert ist. In dem Überlappungsbereich zwischen den zwei verschweißten polymeren Werkstücken vibrieren die freien Oberflächen an einem Rand der Überlappung 176 während des Ultraschallschweißens. In 7 ist eine Ultraschallschweißlinse 170 ausgebildet. Um die Schweißlinse 170 herum ist ein Klebstoff 172 gezeigt. Wärme vom Schweißen kann die Eigenschaften des Klebstoffs 172 verschlechtern und folglich die Festigkeit des durch Schweißen verbundenen polymeren Verbundstoffs. Es wurde entdeckt, dass in Bereichen, die während des Ultraschallschweißens eine übermäßige Vibration und Wärme erfahren (z. B. bei denen sich Anschlussenden von polymeren Werkstücken überlappen), Geisterschweißpunkte 174 außerhalb der Schweißlinse 170 auftreten können. Die Geisterschweißpunkte 174 beschädigen folglich den Klebstoff 172 und führen zu einer lokalen Belastungskonzentration und sie schwächen folglich die Klebefestigkeit des Klebstoffs 172. Bei verschiedenen Aspekten kann die Konstruktion, die ein Werkstück umfasst, das die Energielenkungsschicht 142 mit der Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen 146 aufweist, speziell in Kombination mit einer vorgeformten Verformung/Vorsprung in dem zu schweißenden Bereich dazu dienen, Ultraschallenergie in die Schweißlinse 170 hinein zu lokalisieren und zu lenken, während das Ausbilden von ungewünschten Geisterschweißpunkten 174 minimiert oder vermieden wird. Bei bestimmten Variationen kann der zu verschweißende Bereich im Wesentlichen frei von Geisterschweißpunkten außerhalb der primären Linse sein. Der Begriff ”im Wesentlichen frei” bedeutet, so wie er hier verwendet wird, dass die Geisterschweißpunkte außerhalb der primären Schweißlinse in dem Ausmaß abwesend sind, in dem physikalische Eigenschaften und Begrenzungen, die deren Vorhandensein begleiten (z. B. eine messbare Schwächung der Festigkeit der Klebstoffverbindung) vermieden werden. Auf diese Weise können Materialeigenschaften, die Geometrie und die Dichte von Energielenkungsvorrichtungen zum Verbessern des Wachstums der Schweißverbindung dienen und eine Klebstoffverschlechterung an den Stoßflächen zwischen den Werkstücken, die miteinander verbunden werden, minimieren. Die vorliegende Offenbarung stellt folglich ein Ultraschallschweißverbinden mit verbesserter Robustheit an der Schweißfügestelle bereit.
Bei einem Aspekt betrachtet die vorliegende Offenbarung Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks, das eine Energielenkungsschicht mit einer Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen aufweist. Zuerst kann eine Schicht aus Harz oder aus einem polymeren Material (z. B. 0,3 mm dickes Nylon 6) an ausgewählten Bereichen der Oberfläche des polymeren Rohlings hinzugefügt oder innerhalb der ausgewählten Bereiche der Gussform angeordnet werden. Die Gussform kann eine Gestalt für das Werkstück definieren, welche die vorgeformte Verformung und ein oder mehrere Energielenkungsmerkmale enthält. Der Rohling und das Harz/das polymere Material können beispielsweise in der Gussform in einem Formpressprozess miteinander geformt werden, um einen vorspringenden oder verformten Bereich auszubilden, der eine Energielenkungsschicht aufweisen kann, die eine Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen definiert, die aus dem Harz oder dem polymeren Material ausgebildet sind. Die Energielenkungsmerkmale können diejenigen sein, die vorstehend beschrieben sind. Die Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen kann in der Lage sein, die Ultraschallenergie zu fokussieren, wenn sie aufgebracht wird. Die Energielenkungsmerkmale können spezifische Materialeigenschaften aufweisen, die ein lokales Erwärmen fördern und den Kontakt der Werkstücke zueinander verbessern. Die vorgeformte Verformung oder der Vorsprung stellt die Dicke der Klebelinie zwischen den Werkstücken ein.
Bei anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Ausbilden einer Anordnung bereit, die ein erstes thermoplastisches Polymerwerkstück mit einer vorgeformten Verformung und einer Energielenkungsschicht mit der Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen in einem ersten Bereich, der geschweißt werden soll, umfasst. Die Anordnung enthält außerdem ein zweites thermoplastisches Polymerwerkstück, welches eine ebene oder flache Oberfläche in dem Bereich aufweisen kann, der zusammengefügt werden soll. Das erste und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück können miteinander verheiratet werden. Die vorgeformte Verformung mit einer Energielenkungsschicht, die eine Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen definiert, kann maßgeschneiderte Materialeigenschaften aufweisen (hergestellt durch Formpressen). Das Harz oder Polymer in der Energielenkungsschicht fördert ein lokales Erwärmen, verbessert den Kontakt des ersten und zweiten thermoplastischen Polymerwerkstücks. Beispielsweise kann das Harz oder das Polymer in der Energielenkungsschicht vor den umgebenden Werkstückmaterialien schmelzen oder erweichen, um das Ausbilden der Schweißlinse in einem ausgewählten und vorbestimmten Bereich zu ermöglichen.
Ein Klebstoff wird zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück angeordnet, welcher aus einem Klebstoffvorprodukt ausgebildet sein kann. Die vorgeformte Verformung stellt eine Dicke der Klebelinie zwischen dem ersten und zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück ein und damit eine Dicke der Klebelinie des Klebstoffs. Eine Dicke der Klebelinie des Klebstoffs kann in dem Bereich liegen, der vorstehend zuvor beschrieben wurde. Eine Schweißlinse wird zwischen dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück in einem Bereich erzeugt, welcher der vorgeformten Verformung und der Energielenkungsschicht entspricht, welche die Energielenkungsmerkmale definiert, über eine Ultraschallschweißverbindung. Die Schweißlinse kann durch die vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet werden.
Die Energielenkungsmerkmale, welche in der vorgeformten Verformung angeordnet sein können, sind in der Lage, die Ultraschallenergie zu fokussieren, wenn sie angelegt wird. Bei bestimmten Aspekten wird eine Schweißverbindung erzeugt, während eine Verschlechterung des Klebstoffs mit einem geeigneten Schweißablauf minimiert wird. Beispielsweise kann der geschweißte Bereich im Wesentlichen frei von Geisterschweißpunkten außerhalb der primären Schweißlinse sein. Außerdem kann durch Einstellen der Größe der vorgeformten Verformung und der Sonotrodengröße (für verschiedene Flanschbreiten) eine Klebstoffverschlechterung am Rand des Flansches und in dem geschweißten Bereich minimiert oder verhindert werden.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zu Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken bereitgestellt. Sie soll nicht umfassend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer speziellen Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt, sondern sie sind, wo es anwendbar ist, austauschbar und können in einer gewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Diese können außerdem auf viele Weisen variiert werden. Diese Variationen dürfen nicht als eine Abweichung von der Offenbarung aufgefasst werden, und alle derartigen Modifikationen sollen innerhalb des Umfangs der Offenbarung enthalten sein.

Claims

Verfahren zum Ultraschallschweißen von polymeren Werkstücken, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erster Bereich eines ersten thermoplastischen Polymerwerkstücks und ein zweiter Bereich eines zweiten thermoplastischen Polymerwerkstücks zwischen einer Ultraschallsonotrode und einem Amboss eines Ultraschallschweißgeräts angeordnet werden, wobei das erste thermoplastische Polymerwerkstück eine vorgeformte Verformung in dem ersten Bereich aufweist und das erste thermoplastische Polymerwerkstück und/oder das zweite thermoplastische Polymerwerkstück ein darauf aufgebrachtes Klebstoffvorprodukt aufweist/aufweisen, wobei die Ultraschallsonotrode und/oder der Amboss innerhalb der vorgeformten Verformung sitzt/sitzen, um eine vorbestimmte Klebelinie zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück bereitzustellen; und Ultraschallenergie von der Ultraschallsonotrode aufgebracht wird, um eine Schweißlinse zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück zu erzeugen, wobei eine Anordnung aus dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück, die die Schweißlinse aufweist, eine grüne Festigkeit aufweist, so dass die Anordnung unmittelbar weiterverarbeitet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück mit einer Frequenz von größer oder gleich etwa 15 kHz bis kleiner oder gleich etwa 40 kHz in Schwingung versetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verformung eine Tiefe von größer oder gleich etwa 0,5 mm und kleiner oder gleich etwa 3 mm und einen Durchmesser oder eine Breite von größer oder gleich etwa 7 mm und kleiner oder gleich etwa 20 mm aufweist und die Schweißlinse einen Durchmesser von größer oder gleich etwa 3 mm und kleiner oder gleich etwa 18 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verformung eine Querschnittsgestalt aufweist, die einer Querschnittsgestalt der Ultraschallsonotrode entspricht, und wobei das Verfahren ferner umfasst, dass die Ultraschallsonotrode während der Anordnung in die Verformung gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Verformung eine runde oder ovale Querschnittsgestalt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück voneinander unabhängig jeweils eine Dicke von größer oder gleich etwa 0,5 mm bis kleiner oder gleich etwa 5 mm aufweisen und der Klebstoff, der zwischen dem ersten thermoplastischen Polymerwerkstück und dem zweiten thermoplastischen Polymerwerkstück ausgebildet ist, eine mittlere Dicke aufweist, die größer oder gleich etwa 0,5 mm bis kleiner oder gleich etwa 1,25 mm ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste thermoplastische Polymerwerkstück und das zweite thermoplastische Polymerwerkstück ein Verbundmaterial sind, das umfasst: ein thermoplastisches Polymer, das aus einem Material ausgebildet ist, das unabhängig aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Polyamidharz, Polystyrenharz, Acrylonitril-Styrenharz, Acrylonitril-Butadien-Styrenharz, Polyvinyl-Alkoholharz, Vinylchloridharz, Vinyliden-Chloridharz, Vinylacetatharz, Acrylharz, Polyacrylatharz, Methacrylatharz, Polypropylenharz, Polyethylenharz, Polycarbonatharz, Polyacetalharz, Polylactidharz, Polyethylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Naphthalat-Harz, Polybutylen-Terephthalat-Harz, Polyphenylen-Ether-Harz, Polyphenylen-Sulfidharz, Polysulfonharz, Polyether-Sulfonharz, Polyether-Ether-Ketonharz, Copolymere und Kombinationen daraus; und ein Verstärkungsmaterial, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kohlenstofffasern, Glasfasern, schwarzen Kohlenstoffpartikeln und Kombinationen daraus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Klebstoffvorprodukt einen Klebstoff ausbildet, der aus der Gruppe gewählt ist: Acrylate, Methacrylate, Epoxidharze, Copolymere und Kombinationen daraus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anordnung zu mindestens einer nachgeordneten Verarbeitungsstation befördert wird und nach dem Verarbeiten bei der nachgeordneten Verarbeitungsstation es zugelassen wird, dass das Klebstoffvorprodukt reagiert und den Klebstoff bei Umgebungsbedingungen ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste thermoplastische Polymerwerkstück ferner eine Vielzahl von Energielenkungsmerkmalen in der vorgeformten Verformung umfasst, die in der Lage sind, die Ultraschallenergie zu fokussieren, wenn sie aufgebracht wird, um das Erwärmen in dem ersten Bereich einzuleiten.